Разгадано происхождение и формирование уникального строения тела у камбалообразных
Колонизация морского дна — одно из важнейших событий в эволюционной истории, приведшее к взрывной радиации и масштабной морфологической диверсификации морских типов. Камбалообразные — одна из самых успешных групп колонизаторов дна, развившая наиболее специализированный (плоский и асимметричный) план тела среди костистых рыб. Однако происхождение и механизм формирования их необычной морфологии долгое время оставались неясными.
Исследователи из Института зоологии Куньмина Китайской академии наук (CAS) и других институтов раскрыли эволюционное и генетическое происхождение специализированного строения тела камбалообразных с помощью сравнительного геномного анализа. Исследование опубликовано в Nature Genetics.
Проанализировав десять de novo-собранных геномов и восемь уже опубликованных последовательностей геномов видов костистых рыб, учёные обнаружили, что Pleuronectoidei и Psettodoidei (единственные два подотряда Pleuronectiformes) не образуют монофилетическую группу. Это указывает на их независимое происхождение от предков из группы окунеобразных (percoid).
У камбалообразных выявлены значительные изменения в нескольких генах, связанных с:
- зрительным восприятием,
- иммунным ответом,
- толерантностью к гипоксии,
- сердечной функцией.
Это, возможно, указывает на схожую перестройку их зрительной, иммунной, дыхательной и кровеносной систем для адаптации к жизни на дне (бентосной адаптации).
Также обнаружены заметные изменения в генах, связанных с развитием мускулатуры и накоплением липидов. Эксперименты с одним геном, связанным с жиром, показали быстрое окисление липидов и снижение накопления жира у камбалообразных, что может коррелировать с эволюционным происхождением и развитием их плоского тела.
Было установлено, что сигнальные пути Wnt и ретиноевой кислоты (RA) играют ключевую роль в нормальном развитии оси тела. Исследователи обнаружили, что множественные гены этих путей претерпели значительные генетические изменения у камбалообразных, что предполагает их роль в эволюции асимметричного плана тела.
Для поиска доказательств эволюции и экспрессии генов в качестве модельного вида изучали Paralichthys olivaceus. Обнаружено, что множественные гены в путях RA и Wnt демонстрируют очевидные транзитные колебания экспрессии во время метаморфоза. Это включает:
- Начало выраженной асимметричной экспрессии слева-направо на пре-метаморфической стадии.
- Достижение асимметричного пика на про-метаморфической стадии и стадии кульминации метаморфоза.
- Восстановление симметрии на пост-метаморфической стадии.
Результаты исследования существенно проясняют давний спор (монофилетическое vs. немонофилетическое происхождение) о филогении камбалообразных. Выделенные в работе гены предоставляют план для будущей функциональной характеристики молекулярных механизмов, лежащих в основе необычного строения тела этих рыб.